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Entwicklung geeigneter Gefrierprotokolle für 3-dimensionale Gewebekonstrukte

Kryokonservierung von Gewebe und Tissue Engineered Produkten (TEPs)

 

Dr. rer. nat. N. Hofmann

M.Sc. L. Lauterböck

M.Sc. Oleksandr Gryshkov

Julia Struß, BTA

 

Die Langzeitlagerung von biologischem Material mittels Kryokonservierung ist heute im Bereich suspendierter Zellen in Lösung bereits etabliert. Im Bereich von komplexeren dreidimensionalen biologischen Strukturen herrscht dagegen intensive Forschungstätigkeit. Kryokonservierte Zellen, ob suspendiert oder dreidimensional in einem natürlichen oder künstlichen Gewebeverband angeordnet, sollten nach dem Auftauprozess keinerlei Beeinträchtigung der biologischen Funktionen zeigen. Die höchste Überlebenszellzahl ist von besonderer Wichtigkeit. Die gegenwärtige Forschung zeigt jedoch immer wieder, wie schwierig es ist, gerade dieses zu gewährleisten, da der Verfahrensprozess des Einfrierens und Auftauens mit maximierter Überlebensrate der dreidimensionalen biologischen Probe eine besondere Herausforderung darstellt. Hierzu müssen verschiedene Prozessparameter kontrolliert werden:

·         inhomogene Temperaturverteilung bei unterschiedlichen Kühl- und Erwärmungsraten

·         Verteilung und Konzentration der Frierschutzadditive (Permeation, temperaturabhängige Toxizität)

·         Nukleationstemperatur

Wenn kommerzielle Lösungen sich als ungeeignet herausstellen, müssen neue Verfahren entwickelt und getestet werden. Die Simulation und exakte Temperaturerfassung können der Optimierung von Temperaturverläufen in 3D-Geweben dienen.

 

Die experimentellen kryobiologischen Untersuchungen werden schließlich mit theoretischen Modellen verglichen:

·         Erweiterter Kedem-Katchalsky Formalismus

·         Finite-Elemente-Methode (FEM), Software: Ansys® (Abb.1)

Hieraus können gängige Frierprotokolle untersucht und neuartige optimiert werden.